声光控制延时开关.docx
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声光控制延时开关
摘要
声光控制指通过利用声音以及光线的变化来控制电路实现特定功能的一种控制方法。
声光控延时照明开关具有体积小，工作可靠高效节能等优点。
开关白天控制灯不亮，晚上有声音自动点亮，延时一段时间自动关断。
它是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。
广泛用于楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房、庭院等场所，是现代极理想的新颖绿色照明开关，在实际生活中能有效节能，并延长灯泡使用寿命。
关键字：
声光控制延时节能
目录
引言1
1电路设计2
1.1设计任务2
1.2设计思路2
1.3设计方案2
2单元电路及其工作原理2
2.1电源电路图3
2.2光控控制电路4
2.3声控控制电路6
2.4延时控制电路7
2.5开关控制电路7
3PROTEL原理图设计8
4印刷PCB板图设计10
5仿真结果与分析10
结论17
附录1主要元器件清单2
附录2仿真波形18
参考文献21
引言
随着社会的发展，节能和环保越来越引起重视，而且国家节能中长期专项规划明确提出照明用电占全国用电量的13%，可见照明节能显得非常重要.这就要求人们在生活中更广泛的使用声光控延时开关照明灯。
本设计研究的内容是声光控延时照明电路。
通过对声光控延时照明电路的电路组成、电路原理、单元电路的设计等几方面的研究，实现了声光控延时照明电路在白天不工作，而夜晚收到突发声信号是自动点亮，并延时27.5S左右后自动熄灭。
在本次设计中以555芯片为主，组合电路进行控制。
主要运用protel99SE绘制原理图（sch）和印制电路板（pcb）。
1电路设计
1.1设计任务
本课程设计是为了实现声控光控延时开关的功能，在白天无论是否有声音，灯都不能被点亮。
在夜晚当有声音产生时，灯被点亮，且在声音消失后，灯泡亮度能维持一段时间，即夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。
1.2设计思路
设计电路包括：
直流稳压电源电路、声控电路、光控电路、延时电路组成。
图1.1设计框图
1.3设计方案
声光控延时照明灯的控制电路包括二级开关。
一级开关能够感应光线的强弱，使用光敏电阻来实现；二级开关能够检测声音的强弱，在一级开关开通的前提下，对照明灯进行二级控制。
对于声强的监测是利用MIC的特性，即当其接收到足够的声音时，在其中会产生一个为脉冲波，从而把声信号变为电信号，通过对声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备。
光信号的感应通过光敏电阻来实现，使得光控电路在光强时输出低电位，光弱时输出高电位。
将光控电路的输出作为555定时器的复位端输入。
将声控输出端作为延时电路的输入，从而可以实现在光线强的情况下，即使有足够强的声信号，照明灯电路也不工作。
而在光线弱的情况下，可以通过声信号来控制照明。
延时控制功能通过555定时器构成的可重复触发单稳态电路来实现。
开关电路使用继电器，对灯泡所在回路的通断进行控制。
2单元电路及其工作原理
2.1电源电路
图2.1
电路图如2.1所示，为得到12V直流电源，将220V频率为50Hz的交流电输入变压器，变压器型号为NLT_PQ_4_10，经过整流桥整流得到直流电，通过电阻R10限流及稳压二极管将输出电压维持在12V，为其他电路提供稳定的工作电压。
变压器二次侧输出电压脉冲系数大故应将直流电通过电容滤波。
理想情况下交流分量可通过电容C6全部滤除，使输出电压仅为直流电压，一般取RC>（3-5）T/2其中T为电源交流电压的周期。
要得到稳定的直流电滤波后通过电阻R10限流再经稳压二极管1N964，使输出电压稳定为12V。
稳压二极管参数如表2.1所示：
表2.11N936稳压二极管参数
型号
最大工作电流（mA）
额定电压（V）
1N963
40
12-12.5
参数计算：
由Multisim仿真得变压器二次侧输出电压、电流：
U2=19.1VI2=15.7A
交流电通入整流电路经过全波整流得到直流电压平均值：
Uo=0.9U2=17.73V
因稳压二极管最大工作电流为40mA,计算电阻R10：
I=U0/R1<40mA
得R10>443Ω，取R10=470Ω
2.2声控电路
声控电路的核心是把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号。
要解决这个问题可以设计一个类似于‘窃听器’的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。
但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。
当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对，提高信号输出电压。
声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动后续电路的工作。
声控电路如图2.2所示
图2.2
MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信信号。
MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路。
图中所示信号放大电路采用了三极管构成的放大电路，从而得到适合的信号。
R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1为放大电路的隔直电容使放大电路仅输入由MIC产生的交流信号，R1为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压。
电路中的控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。
上图中采用了由C4、D1和D2构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压增大，这样当MIC接受到了足够大的胜强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。
2.3光控电路
光控电路原理是利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，光敏电阻接收到光照时，阻值降低，（如MG45-13型光敏电阻亮阻≤5KΩ；相反，光敏电阻在黑暗中时，阻值升高，如MG45-13型光敏电阻暗阻≥5MΩ）去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。
光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。
触发器可由555定时器构成，555定时器引脚图和功能表如图2.3、表2.2所示。
图2.3555定时器的引脚图
表2.2555定时器功能表
阀值输入THR
触发输入TRIG
复位端
输出端Q
放电管DIS
任意值
任意值
0
0
导通
<（2/3）Vcc
<（1/3）Vcc
1
1
截止
>（2/3）Vcc
>（1/3）Vcc
1
0
导通
<（2/3）Vcc
>（1/3）Vcc
1
不变
不变
光控电路如图2.4所示。
图2.4
R4为光敏电阻，参数如表2.3所示。
表2.3
型号
最大电压（VDC）
最大功耗（mW）
亮电阻（KΩ）
暗电阻（MΩ）
GL3547-2
100
50
100-200
10
当光线有一定强度时，光敏电阻的阻值小，R7、R4导通使Q3通，555定时器的复位端为低电平，由555定时器功能表可知输出端输出为低电平。
当光线弱时，光敏电阻的阻值增大，R8导通，555定时器的复位端接高电平，再由阈值输入和触发输入控制控制输出端。
可见光敏电阻为整个控制电路的一级开关。
当光线强时，无论有没有声音信号，555定时器输出为低电平。
当光线弱时，输出才有可能为低电平。
2.4延时电路
延时电路的核心是由555定时器组成的单稳态触发器，简化电路和工作波形如图2.5所示。
图2.5
输出电压V0的的脉宽Tw=RCln3≈1.1RC这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1％。
延时控制电路如图2.6所示。
图2.6
在光线强度弱的条件下当有声音信号时，由声控电路分析可得Q2基极输入为高电平，Q2导通。
555定时器触发输入为低电平，复位端为高电平，使得输出为高电平。
当没有声音信号时，Q2截止。
555定时器输入为高电平，复位端为高电平，使得输出为低电平。
R6、C5、C3和555定时器构成单稳态触发器，电路稳态的持续时间，即C5的充电时间仅取决于电阻R6和电容C5的数值，由计算公式可得：
t=（1.1R6*C5=1.1*500000*50）/1000000=27.5S
2.5开关照明电路
由于照明灯通过的是大电流，直流电源一般无法提供大电流和大功率，因此照明灯需要交流供电，因此电路中开关需要采用继电器电路。
如图2-7所示
图2.7
当光线弱、有声音信号时，555定时器输出为高电平，继电器有电流通过使继电器吸和使照明灯和交流电源形成通路，照明灯被点亮。
3PROTEL原理图设计
声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间，开关电路控制照明电路的开通和关断。
总体电路如图3.1所示。
图3.1总体电路
当在光线强度弱，有声音的情况下，MIC收到声音信号，将声音信号转化成电信号，由声控电路输出高电平触发延时电路工作使555定时器输出为高电平，继电器有电流通过则吸和使照明回路导通，灯泡被点亮。
4印刷PCB板图设计
用单面板制作PCB版图，布线如下图4.1。
图4.1PCB图
PCB板3D视图如4.2所示
图4.2PCB板3D视图
5仿真结果与分析
5.1电路仿真
仿真是基于multisim10.0系统完成的。
multisim10.0是用软件的方法虚拟电子与电元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元件”和“软件即仪器”。
它是一个集原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
multisim10.0的元件库提供数千种电路元器件供试验选用，同时也可以扩充或新建已有的元件库。
multisim10.0还提供齐全的虚拟测试仪器仪表，还有一些实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪等。
multisim11.0有较为详细的电路分析功能，可完成众多分析。
基于multisim10的仿真图如下，各波形图见附录所示。
基于multisim10的仿真图如5.1所示。
图5.1（a）稳压电源部分
图5.1
各波形图见附录所示。
6设计总结
6.1结论
经过理论分析和Multisim软件仿真的验证，本课程设计的结果基本实现了任务书的要求。
本设计采用声光控电路控制，NE555芯片延时电路对照明电路的开通和关断进行控制。
实现了声控光控延时开关的功能，在白天无论是否有声音，灯都不能被点亮。
在夜晚当有声音产生时，灯被点亮，且在声音消失后，灯泡亮度能维持一段时间，即夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。
附录1主要元器件清单
代号
型号及参数
个数
R1
1MΩ
1
R2、R3、R5
1KΩ
3
R4-光敏电阻
GL3547-2
1
R6
500KΩ
1
R7
20KΩ
1
R8
22KΩ
1
R9
10KΩ
1
R10
470Ω
1
C1、C2、C4
1uF
3
C3
0.01uF
1
C5-有极性电容
50uF
1
C6
10uF
1
MK1
MICROPHONE2
1
DS1
LAMP
1
T1
NLT-PQ-4-10
1
RLY1
5VSPDT
1
Q1、Q2、Q3
2N3904
3
D1、D2
1N34
2
D4-稳压二极管
1N963
1
D3-整流桥
1KAB20
1
参考文献
[1]康华光主编.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2005
[2]康华光主编.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2005
[3]黄智伟主编.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：
电子工业出版社，2011
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